Tsentrifuugimine. Tsentrifuugimine: meetodi liigid ja rakendus Tsentrifuugimise meetod põhineb

Tsentrifuugimine on mehaaniliste segude eraldamine nende koostisosadeks.
tsentrifugaaljõu toimel. Selleks kasutatavad seadmed
sihtmärke nimetatakse tsentrifuugideks.
Tsentrifuugi põhiosa moodustab monteeritud rootor
Sellel on pesad tsentrifuugitorude jaoks. Rootor pöörleb koos
suur kiirus, mille tagajärjel tekivad olulised kahjud
tsentrifugaaljõudude suurus, mille mõjul
eraldatakse näiteks mehaanilised segud
vedelikus suspendeeritud osakeste settimine.

Tsentrifuugis toimuvad protsessid

Tsentrifuugides eraldatakse järgmised protsessid:
1) Tsentrifugaalfiltreerimine.
2) Tsentrifugaalne settimine.
3) Tsentrifugaalselitamine.

Tsentrifugaalfiltreerimine

Tsentrifugaalfiltreerimine on
suspensioonide eraldamise protsess tsentrifuugides
augulised trummid. Sisepind
selline trummel on kaetud filterkangaga.
Vedrustus visatakse poole
trumli seinad, samal ajal kui tahke faas jääb sisse
kanga pind ja mõju all olev vedelik
tsentrifugaaljõud läbib settekihti ja
kangas eemaldatakse trumlis olevate aukude kaudu.
Tsentrifugaalfiltreerimine koosneb tavaliselt
kolm järjestikust füüsikalist protsessi:
1) filtreerimine koos sademe moodustumisega;
2) setete tihendamine;
3) settest kinni jäänud vedeliku eemaldamine
molekulaarjõud;

Tsentrifugaalne settimine

Tsentrifugaalne settimine
Tsentrifugaalne settimine – eraldusprotsess
suspensioonid tsentrifuugides, millel on trumlid
tugevad seinad. Suspensioon süstitakse alumisse
trumli osa ja tsentrifugaaljõu mõjul
vastu seinu visatud. Seintele moodustub kiht
sete ning vedelik moodustab sisemise kihi ja
surutakse trumlist välja, sisenedes eraldusse
peatamine. Vedelik tõuseb üles,
kallab üle trumli serva ja eemaldatakse
välja.
Sel juhul toimub kaks füüsilist protsessi:
1) Tahke faasi settimine.
2) Setete tihendamine.

Tsentrifugaalne selgitamine

Tsentrifugaalne selitamine - eraldusprotsess
õhukesed suspensioonid ja kolloidsed lahused. Niisiis
see viiakse läbi kindlates trumlites.
Oma füüsilise olemuse järgi tsentrifugaalne
selgitamine on protsess
tahkete osakeste vaba sadestumine põllul
tsentrifugaaljõud.
Tugevate seintega trumlites
eraldatakse ka emulsioonid. Under
komponendid tsentrifugaaljõu mõjul
emulsioonid vastavalt tihedusele
on paigutatud piiritletud kihtidena:
suurema tihedusega vedeliku välimine kiht
ja sisemine kiht kergemat vedelikku.
Vedelikud väljastatakse trumlist eraldi.

Kliinilistes ja sanitaarlaborites
kasutatakse tsentrifuugimist
punaste vereliblede eraldamiseks
vereplasma, verehüübed alates
seerum, tihedad osakesed alates
uriini vedel osa jne Sest
kasutatakse selleks või
käsitsi tsentrifuugid või
elektriajamiga tsentrifuugid,
mille pöörlemiskiirus
saab reguleerida.
Ultratsentrifuugid, kiirus
mille rootorite pöörlemine
ületab 40 000 pööret minutis,
tavaliselt kasutatakse
eksperimentaalne praktika
organellide eraldamiseks
rakud, kolloidsed sektsioonid
osakesed, makromolekulid,
polümeerid.

Tsentrifuugimise kasutamine parasitoloogias

Meetodit kasutatakse komplekside eristamiseks
veresegu, uriin või väljaheited, millele järgneb
helmintide isoleerimine sellest edasiseks
mikroskoobi all uurimine ja materjali fikseerimine. IN
proovis esinev tsentrifuugimisprotsess
parasiidid läbivad filtri ja kogunevad sisse
katseklaasi alumine kooniline kamber. Filtri võrk
spetsiaalse suurusega rakkudega
katseklaasis paikneb selle tulemusena vertikaalselt
mis juhtub horisontaalselt (külgmiselt)
proovi filtreerimine. Selle tulemusena ebaviisakas
seedimata toidu osakesed, kiudained settivad sisse
segamiskamber ning parasiidid ja nende munad
takistusteta läbi filtri. Niisiis
Seega parasiidid koonduvad
pinnakiht peenest settest ja
laboriarst saab ainult hoolikalt valida
proov mikroskoopia jaoks
automaatne pipett ja kandke see peale
slaidi.

Tsentrifuugimise meetod tsütoloogias

Diferentsiaalmeetod
jaoks kasutatakse tsentrifuugimist
rakkude fraktsioneerimine, st nende eraldamine
sisu murdosadeks sõltuvalt konkreetsest
erinevate organellide ja rakuliste lisandite kaal.
Selleks keeratakse peeneks jahvatatud rakud sisse
spetsiaalne seade - ultratsentrifuug. IN
mis tulenevad rakukomponentide tsentrifuugimisest
lahusest sade, mis asub
vastavalt selle tihedusele. Veel tihedam
struktuurid arveldavad madalamate hindadega
tsentrifuugimine ja vähem tihedad - kõrgel
kiirused Saadud kihid eraldatakse ja uuritakse
eraldi.

10. Tsentrifuugimine botaanikas ja taimefüsioloogias

Tsentrifuugimine võimaldab teil saada erinevaid
subtsellulaarsete osakeste fraktsioonid ja uurige
iga fraktsiooni omadused ja funktsioonid
eraldi. Näiteks spinatilehtedest saab
isoleerida kloroplastid, pesta neid
korduv tsentrifuugimine sobivas kohas
keskkonda raku fragmentidest ja uurida neid
käitumine erinevates eksperimentaalsetes
tingimusi või määrata nende keemiline koostis.
Lisaks saate kasutada erinevaid modifikatsioone
tehnikaid, hävitada need plastiidid ja isoleerida
läbi
diferentsiaaltsentrifuugimine (korduvalt
osakeste sadestumine erinevatel väärtustel
kiirendus) nende koostisosad. Niisiis
mille abil oli võimalik näidata, et plastiidid sisaldavad
struktuure iseloomustab väga korrastatud
struktuur - nn grana; kõik terad
asuvad piiravas kloroplastis
membraanid (kloroplasti kest). Eelised
see meetod on lihtsalt hindamatu, sest see
võimaldab meil olemasolu paljastada
funktsionaalsed allüksused, mis moodustavad
suuremad subtsellulaarsed osakesed; eelkõige
meetodit kasutades

11. Tsentrifuugimise meetod viroloogias

Bracqueti tiheduse gradiendi tsentrifuugimise meetod võib olla
kasutada nii valimiseks kui ka otsimiseks
taimeviiruste kvantitatiivsed omadused. Nagu selgus,
See meetod on tänapäevalgi täis palju võimalusi
kasutatakse laialdaselt viroloogia ja molekulaarteaduste valdkonnas
bioloogia. Uuringute läbiviimisel kasutades
tihedusgradient tsentrifuugimine tsentrifuugitoru
osaliselt täidetud lahusega, mille tihedus väheneb
suund põhjast meniskini. Gradiendi loomiseks millal
kasutatakse kõige sagedamini taimeviiruste fraktsioneerimiseks
sahharoos. Enne tsentrifuugimise algust võivad viiruseosakesed
jaotada kogu lahuse mahus või kanda peale
gradiendi ülaosa. Brakke pakkus välja kolm erinevat tehnikat
tihedusgradient tsentrifuugimine. Koos isopycpic
(tasakaalu) tsentrifuugimise protsess jätkub kuni
kuni kõik osakesed gradiendis jõuavad tasemeni, kus tihedus
keskkond on võrdne nende enda tihedusega. Seega
osakeste fraktsioneerimine toimub sel juhul vastavalt
erinevused nende tiheduses. Sahharoosi lahustes ei ole
piisav tihedus paljude isopüknaalseks eraldamiseks
viirused. Kiire tsoonilise tsentrifuugimise käigus viirus
Esiteks rakendatakse eelnevalt loodud gradient. Osakesed
iga tüüp settib tsooni kujul oleva gradiendi kaudu,
või ribadeks, nende suurusest, kujust ja kujust sõltuva kiirusega
tihedus. Tsentrifuugimine on lõppenud, kui osakesed
siiski jätkab settimist. Tasakaalu tsooniline
tsentrifuugimine on sarnane suure kiirusega tsoonilisele
tsentrifuugimine, kuid antud juhul tsentrifuugimine

12. Raskused tsentrifuugimismeetodi kasutamisel

Diferentsiaaltsentrifuugimise meetodi rakendamine
on seotud paljude metodoloogiliste raskustega. Esiteks, millal
Osakeste eraldumine võib kahjustada nende struktuuri. Sellepärast
oli vaja välja töötada spetsiaalsed meetodid rakkude hävitamiseks,
mis ei kahjustaks subtsellulaarset struktuuri
fraktsioonid. Teiseks, kuna subtsellulaarsetel osakestel on
membraanid, võivad nende sekretsiooni käigus tekkida
mitmesugused osmootsed efektid. Seetõttu selleks, et
et uuritavate objektide ultrastruktuur ei häviks
isegi nende eraldamisel on vaja kompositsioon hoolikalt valida
keskkond, kus toimub rakkude hävitamine ja settimine
osakesed. Lõpuks subtsellulaarsete osakeste pesemine
(nende resuspendeerimine söötmes ja seejärel korrata
tsentrifuugimine) võib mõne osa kaotsi minna
neis sisalduvad ained, mis difusioonijõudude mõjul
lahusesse minna.
Seetõttu võib mõnikord olla raske aru saada, millised väikesed molekulid on
on tõesti uuritavate struktuuride elemendid ja millised
need adsorbeeriti vabastamisprotsessi ajal lihtsalt nende pinnale.
See olukord muudab mõne täpse määramise keeruliseks
valitud objektide funktsionaalsed omadused.

Mis on tsentrifuugimine? Milleks meetodit kasutatakse? Termin "tsentrifuugimine" tähendab aine vedelate või tahkete osakeste eraldamist erinevateks fraktsioonideks tsentrifugaaljõudude abil. See ainete eraldamine toimub spetsiaalsete seadmete - tsentrifuugide - abil. Mis on meetodi põhimõte?

Tsentrifuugimise põhimõte

Vaatame määratlust üksikasjalikumalt. Tsentrifuugimine on mõju ainetele spetsiaalses aparaadis ülikiire pöörlemise kaudu. Iga tsentrifuugi põhiosa on rootor, mis sisaldab pesasid katseklaaside paigaldamiseks materjaliga, mis tuleb eraldada eraldi fraktsioonideks. Kui rootor pöörleb suurel kiirusel, eraldatakse katseklaasidesse pandud ained vastavalt tihedustasemele erinevateks aineteks. Näiteks põhjaveeproovide tsentrifuugimisel eraldatakse vedelik ja sadestatakse selles sisalduvad tahked osakesed.

Meetodi autor

Pärast teadlase A. F. Lebedevi katseid sai esimest korda teada, mis on tsentrifuugimine. Meetodi töötas välja teadlane mullavee koostise määramiseks. Varem kasutati nendel eesmärkidel vedeliku settimist, millele järgnes tahkete proovide eraldamine sellest. Tsentrifuugimismeetodi väljatöötamine võimaldas selle ülesandega palju kiiremini toime tulla. Tänu sellele eraldamisele sai võimalikuks ainete tahke osa vedelikust kuival kujul eraldada mõne minutiga.

Tsentrifuugimise etapid

Diferentsiaaltsentrifuugimine algab uuritavate ainete settimisega. Materjali töötlemine toimub settimisseadmetes. Setistumise ajal eralduvad aineosakesed gravitatsiooni mõjul. See võimaldab tsentrifugaaljõudude abil aineid paremaks eraldamiseks ette valmistada.

Järgmisena läbivad katseklaasides olevad ained filtreerimise. Selles etapis kasutatakse nn perforeeritud trumme, mis on mõeldud vedelate osakeste eraldamiseks tahketest. Esitletud tegevuste käigus jääb kogu sete tsentrifuugi seintele.

Meetodi eelised

Võrreldes teiste üksikute ainete eraldamiseks mõeldud meetoditega, nagu filtreerimine või settimine, võimaldab tsentrifuugimine saada minimaalse niiskusesisaldusega setet. Selle eraldusmeetodi kasutamine võimaldab eraldada peeneid suspensioone. Tulemuseks on osakeste tootmine suurusega 5-10 mikronit. Tsentrifuugimise teine ​​oluline eelis on võimalus seda teostada väikese mahu ja mõõtmetega seadmetega. Meetodi ainsaks puuduseks on seadmete suur energiatarve.

Tsentrifuugimine bioloogias

Bioloogias kasutatakse ainete eraldamist üksikuteks aineteks, kui on vaja valmistada preparaate mikroskoobi all uurimiseks. Tsentrifuugimine toimub siin keerukate seadmete - tsütomootorite abil. Lisaks katseklaaside piludele on sellised seadmed varustatud proovihoidikute ja igasuguste keeruka disainiga slaididega. Tsentrifuugi konstruktsioon bioloogiaalaste uuringute läbiviimisel mõjutab otseselt saadud materjalide kvaliteeti ja vastavalt ka analüüsitulemustest saadava kasuliku teabe hulka.

Tsentrifuugimine nafta rafineerimistööstuses

Tsentrifuugimismeetod on õlitootmises asendamatu. On süsivesinikmineraale, millest destilleerimisel vesi täielikult ei eraldu. Tsentrifuugimine võimaldab eemaldada õlist liigse vedeliku, suurendades selle kvaliteeti. Sel juhul lahustatakse õli benseenis, kuumutatakse seejärel temperatuurini 60 o C ja seejärel rakendatakse tsentrifugaaljõudu. Lõpuks mõõta ainesse jäänud vee kogus ja vajadusel korrata protseduuri.

Vere tsentrifuugimine

Seda meetodit kasutatakse laialdaselt meditsiinilistel eesmärkidel. Meditsiinis võimaldab see lahendada mitmeid probleeme:

1. Plasmafereesi jaoks puhastatud vereproovide võtmine. Sel eesmärgil eraldatakse moodustunud vere elemendid selle plasmast tsentrifuugis. Operatsioon võimaldab vabastada verd viirustest, liigsetest antikehadest, patogeensetest bakteritest ja toksiinidest.
2. Vere ettevalmistamine doonori ülekandeks. Pärast kehavedeliku eraldamist tsentrifuugimisega eraldi fraktsioonideks tagastatakse vererakud doonorile ja plasmat kasutatakse vereülekandeks või külmutatakse hilisemaks kasutamiseks.
3. Trombotsüütide massi isoleerimine. Aine saadakse saadud massist ja seda kasutatakse meditsiiniasutuste kirurgilistes ja hematoloogiaosakondades, erakorralises ravis ja operatsioonisaalides. Trombotsüütide massi kasutamine meditsiinis võimaldab parandada ohvrite vere hüübimist.
4. Punaste vereliblede süntees. Vererakkude tsentrifuugimine toimub selle fraktsioonide õrna eraldamise teel spetsiaalse tehnika järgi. Valmis massi, mis on rikas punaste verelibledega, kasutatakse vereülekandeks verekaotuse ja operatsioonide ajal. Punaseid vereliblesid kasutatakse sageli aneemia ja teiste süsteemsete verehaiguste raviks.

Kaasaegses meditsiinipraktikas kasutatakse palju uue põlvkonna seadmeid, mis võimaldavad pöörlevat trumlit teatud kiiruseni kiirendada ja teatud hetkel peatada. See võimaldab vere täpsemalt eraldada punasteks verelibledeks, trombotsüütideks, plasmaks, seerumiteks ja trombideks. Sarnaselt uuritakse ka teisi kehavedelikke, eelkõige eraldatakse ained uriinis.

Tsentrifuugid: peamised tüübid

Saime aru, mis on tsentrifuugimine. Nüüd selgitame välja, milliseid seadmeid meetodi rakendamiseks kasutatakse. Tsentrifuugid võivad olla suletud või avatud, mehaaniliselt või käsitsi käitatavad. Avatud käeshoitavate instrumentide peamine tööosa on vertikaalselt paiknev pöörlev telg. Selle ülaosas on risti fikseeritud latt, kus asuvad liikuvad metallist varrukad. Need sisaldavad spetsiaalseid katseklaase, mis on alt kitsendatud. Varrukate alläärde on asetatud vatt, mis väldib klaasist katseklaasi kahjustamist metalliga kokkupuutel. Järgmisena pannakse seade liikuma. Mõne aja pärast eraldub vedelik hõljuvast ainest. Pärast seda peatatakse käsitsi tsentrifuug. Katseklaaside põhja koondub tihe tahke sete. Selle kohal on aine vedel osa.

Suletud mehaanilistel tsentrifuugidel on katseklaaside mahutamiseks suur hulk hülssi. Sellised seadmed on käsitsi kasutatavatega võrreldes mugavamad. Nende rootoreid käitavad võimsad elektrimootorid ja need võivad kiirendada kuni 3000 p/min. See võimaldab vedelaid aineid tahketest paremini eraldada.

Katsete tsentrifuugimiseks ettevalmistamise omadused

Tsentrifuugimiseks kasutatavad katseklaasid peavad olema täidetud identse massiga katsematerjaliga. Seetõttu kasutatakse siin mõõtmiseks spetsiaalseid ülitäpseid kaalusid. Kui tsentrifuugis on vaja tasakaalustada palju katsuteid, kasutatakse järgmist tehnikat. Pärast paari klaasanuma kaalumist ja sama massi saavutamist jäetakse üks neist standardiks. Järgmised katseklaasid tasakaalustatakse selle prooviga enne seadmesse asetamist. See tehnika kiirendab oluliselt tööd, kui on vaja tsentrifuugimiseks ette valmistada terve rida katsuteid.

Tasub teada, et katseklaasidesse ei panda kunagi liiga palju uuritavat ainet. Klaasanumad täidetakse nii, et kaugus servast oleks vähemalt 10 mm. Vastasel juhul voolab aine tsentrifugaaljõu mõjul katseklaasist välja.

Supertsentrifuugid

Äärmiselt õhukeste suspensioonide komponentide eraldamiseks ei piisa tavapäraste käsitsi või mehaaniliste tsentrifuugide kasutamisest. Sel juhul on vaja tsentrifugaaljõudude mõju ainetele muljetavaldavamat mõju. Selliste protsesside rakendamisel kasutatakse supertsentrifuuge.

Esitatud plaani seadmed on varustatud pimeda trumliga väikese läbimõõduga toru kujul - mitte üle 240 mm. Sellise trumli pikkus ületab oluliselt selle ristlõike, mis võimaldab märkimisväärselt suurendada pöörete arvu ja luua võimsa tsentrifugaaljõu.

Supertsentrifuugis satub testitav aine trumlisse, liigub läbi toru ja põrkub spetsiaalsete helkuritega, mis paiskavad materjali seadme seintele. Samuti on olemas kambrid, mis on mõeldud kergete ja raskete vedelike eraldi eemaldamiseks.

Supertsentrifuugi eelised hõlmavad järgmist:

• absoluutne tihedus;
• aine eraldamise kõrgeim intensiivsus;
• kompaktsed mõõtmed;
• võime eraldada aineid molekulaarsel tasemel.

Kokkuvõtteks

Nii saime teada, mis on tsentrifuugimine. Praegu leiab meetod rakendust siis, kui on vaja eraldada sademed lahustest, puhastada vedelikke ning eraldada bioloogiliselt aktiivsete ja keemiliste ainete komponente. Ultratsentrifuuge kasutatakse ainete eraldamiseks molekulaarsel tasemel. Tsentrifuugimismeetodit kasutatakse aktiivselt keemia-, nafta-, tuuma-, toiduainetööstuses, aga ka meditsiinis.

Tsentrifuugimise meetod- see on erinevate heterogeensete segude lahutamine (jagamine) komponentideks tsentrifugaaljõu abil. Selle saavutamiseks kasutatakse spetsiaalseid seadmeid, mida nimetatakse tsentrifuugideks.

Iga tsentrifuugi põhiosa on pesadega rootor, millesse paigaldatakse katseklaasid. Ülikiire pöörlemise ajal tekib süsteemis tsentrifugaaljõud, mis aitab kaasa töödeldud aine eraldamine tiheduse järgi- näiteks vedelikus olevad tahked osakesed "settetakse". Tsentrifuugimismeetodit kasutatakse peaaegu kõigis inimtegevuse valdkondades: teaduses ja meditsiinis, tööstuses, põllumajanduses, igapäevaelus ja tehnoloogiavaldkondades.

Erinevad tsentrifuugimismeetodid

Ainete eraldamiseks võib kasutada teist settimismeetodit - settimist, kui eraldumine toimub gravitatsiooni mõjul. Reeglina eelneb tsentrifuugimisele töötlemine settimisseadmetes ja see on ettevalmistav tööetapp.

Tsentrifuugimismeetod ise jaguneb settimiseks, filtreerimiseks ja selgitamiseks.

Filtreerimine tehakse perforeeritud trumli abil, millele on paigaldatud filter. Tsentrifugaaljõu mõjul läbib seda vabalt vedelik, samas kui tahked osakesed jäävad väljapoole. Sest kaitstes Kasutatakse tahkete seintega trumleid, mille alumisse ossa tarnitakse suspensioon. Protsessi käigus eraldub seintele sete ja vedelik moodustab sisemise kihi ning voolab seejärel üle serva.

Ja lõpuks kergendamine esineb ka tahketes trumlites, mis kujutab endast osakeste vaba settimise protsessi tsentrifugaalvälja mõjul.

Tsentrifuugimismeetodite omadused

Oma füüsikaliselt on filtreerimis- ja settimismeetodid väga erinevad.

Trummide settimises töötlemine toimub vedeliku puhastamiseks, milles saasteainete ja lisandite sisaldus on üsna ebaoluline, setete tihendamise ja tahkete osakeste settimise teel.

Samas erineb see radikaalselt gravitatsiooni kasutavast protsessist – eelkõige seetõttu, et settimine on üsna ühtlane protsess ning tsentrifuugimine tsentrifugaalvälja jõujoonte mitteparalleelsuse tõttu on üsna ebajärjekindel meetod. Need kaks meetodit on oma olemuselt erinevad ja sellega tuleb arvestada.

Filtreerimine tsentrifuugimine struktuur on mõnevõrra keerulisem, kuna see toimub tavaliselt kolmes etapis: esmalt tekib sete, seejärel tihenemine ja seejärel vedeliku eemaldamine. Tsentrifugaaljõuga filtreerimine on samuti väga erinev "tavalise" gravitatsiooniga filtreerimisest. Sarnaseks võib nimetada ainult esimest etappi.

Tsentrifuugimise kasutamine erinevates piirkondades

Meetod on laialt levinud ja seda kasutatakse peaaegu igal tegevusalal. Seda võib kohata bioloogias ja meditsiinis, laboridiagnostikas ja toiduainetööstuses; see on pikka aega ja edukalt asendanud traditsioonilisemad ja vähem tõhusad filtreerimise, pigistamise ja puhastamise protsessid.

Tööstuslikud tsentrifuugid Neil on suurem võimsus ja keerulisem rootori konstruktsioon, tänu millele saab korraga töödelda palju aineid. Neid kasutatakse põllumajanduses kärgedest mee ammutamiseks ja teravilja puhastamiseks, piimast rasva eraldamiseks separeerimise teel, samuti on nad väga levinud maagi rikastamise valdkonnas. Tsentrifuugi leiab isegi pesuruumist – seal tsentrifuugivad nad riideid pärast pesu.

Üsna aeglase rootori kiirusega laboratoorseid tsentrifuuge kasutatakse vereseerumi, uriinisetete eraldamiseks, seroloogilisteks uuringuteks ja punaste vereliblede settimiseks. Laboratoorsed sordid jagunevad veel kliinilisteks, statsionaarseteks, külmutatud, lauapealseteks ja nurgapealseteks: igaüht kasutatakse oma laboriuuringute valdkonnas, sõltuvalt meditsiinikeskuse eesmärkidest ja eesmärkidest.

Ettevalmistav tsentrifuugimine on üks meetoditest bioloogilise materjali eraldamiseks järgnevateks biokeemilisteks uuringuteks. Võimaldab eraldada märkimisväärse hulga rakuosakesi nende bioloogilise aktiivsuse, struktuuri ja morfoloogia põhjalikuks uurimiseks. Meetod on rakendatav ka põhiliste bioloogiliste makromolekulide eraldamiseks. Kasutusala: meditsiinilised, keemilised ja biokeemilised uuringud.

Preparatiivsete tsentrifuugimismeetodite klassifikatsioon

Ettevalmistav tsentrifuugimine viiakse läbi, kasutades ühte järgmistest meetoditest:

Diferentsiaal. Meetod põhineb osakeste settimiskiiruse erinevusel. Uuritavat materjali tsentrifuugitakse tsentrifugaalkiirenduse järkjärgulise suurendamisega. Igas etapis ladestatakse üks keskmistest fraktsioonidest katseklaasi põhja. Pärast tsentrifuugimist eraldatakse saadud fraktsioon vedelikust ja pestakse mitu korda. Tsooni kiirus. Meetod põhineb katsekeskkonna kihitamisel teadaoleva pideva tihedusgradiendiga puhverlahusel. Seejärel tsentrifuugitakse proovi, kuni osakesed jaotuvad mööda gradienti, moodustades diskreetsed ribad (tsoonid). Tihedusgradient võimaldab välistada tsoonide segunemise ja saada suhteliselt puhta fraktsiooni.

• Isopüknik. Seda saab läbi viia tihedusgradiendina või tavalisel viisil. Esimesel juhul kantakse töödeldud materjal pideva tihedusgradiendiga puhverlahuse pinnale ja tsentrifuugitakse, kuni osakesed on tsoonideks eraldatud. Teisel juhul tsentrifuugitakse uuritavat söödet kuni suure molekulmassiga osakeste sete moodustumiseni, misjärel uuritavad osakesed eraldatakse saadud jäägist.
• Tasakaal. See viiakse läbi raskmetallisoolade tihedusgradiendis. Tsentrifuugimine võimaldab teil määrata lahustunud uuritava aine kontsentratsiooni tasakaalujaotuse. Seejärel kogutakse tsentrifugaalkiirenduse jõudude mõjul söötme osakesed katseklaasi eraldi tsooni.

Optimaalne metoodika valitakse, võttes arvesse uuritava keskkonna eesmärke ja omadusi.

Preparatiivsete laboratoorsete tsentrifuugide klassifikatsioon

Sõltuvalt konstruktsiooni omadustest ja tööomadustest võib ettevalmistavad tsentrifuugid jagada kolme põhirühma:

Üldine eesmärk. Maksimaalne kiirus – 8000 p/min suhtelise tsentrifugaalkiirendusega kuni 6000 g. Universaalsed laboratoorsed tsentrifuugid on varustatud nurkrootoritega või rippuvate konteineritega rootoritega bioloogilise materjali hoidmiseks. Neid eristab suur mahutavus 4 dm 3 kuni 6 dm 3, mis võimaldab kasutada standardseid tsentrifuugitorusid mahuga 10–100 dm 3 ja mahuteid, mille maht ei ületa 1,25 dm 3. Rootori veovõlli külge kinnitamise iseärasuste tõttu peavad torud või anumad olema tasakaalus ja erinema kaalult maksimaalselt 0,25 g võrra. Tsentrifuugi kasutamine paaritu arvu torudega ei ole lubatud. Kui rootor on osaliselt koormatud, tuleb katseainega anumad asetada üksteise suhtes sümmeetriliselt, tagades sellega nende ühtlase jaotumise rootori pöörlemistelje suhtes.

• Ekspress. Maksimaalne kiirus – 25 000 p/min suhtelise tsentrifugaalkiirendusega kuni 89 000 g. Rootori pöörlemisel tekkivatest hõõrdejõududest tingitud kuumenemise vältimiseks on töökamber varustatud jahutussüsteemiga. Need on varustatud nurkrootoritega või rippuvate konteineritega rootoritega bioloogilise materjali paigutamiseks. Kiire ettevalmistuse maht
  tsentrifuugid – 1,5 dm 3 .
• Ultratsentrifuugid. Maksimaalne kiirus – 75 000 p/min suhtelise tsentrifugaalkiirendusega kuni 510 000 g. Rootori pöörlemisel tekkivate hõõrdejõududest tingitud kuumenemise vältimiseks on need varustatud jahutussüsteemi ja vaakumseadmega. Ultratsentrifuugi rootorid on valmistatud ülitugevast titaanist või alumiiniumisulamist. Ebaühtlasest täitmisest tingitud vibratsiooni vähendamiseks on rootoritel painduv võll.

Eraldi kategooria peaks hõlmama spetsiaalselt ette nähtud ettevalmistavaid tsentrifuuge, mis on ette nähtud teatud tüüpi uuringute läbiviimiseks ja konkreetsete probleemide lahendamiseks. Sellesse rühma kuuluvad soojendussärgiga tsentrifuugid, jahutustsentrifuugid ja muud sarnased seadmed.

Rootori konstruktsiooni omadused preparatiivsetes tsentrifuugides

Ettevalmistavad tsentrifuugid on varustatud nurgeliste või horisontaalsete rootoritega:

Nurga all olevad rootorid – katseklaasid asuvad tsentrifuugi töötamise ajal pöörlemistelje suhtes 20-35° nurga all. Osakeste vahemaa katseklaasi vastava seinani on väike ja seetõttu toimub nende settimine üsna kiiresti. Tsentrifuugimisel tekkivate konvektsioonivoolude tõttu kasutatakse harva fikseeritud nurgaga rootoreid osakeste eraldamiseks, mille suurus ja omadused põhjustavad olulisi erinevusi settimiskiirustes. Horisontaalsed rootorid – seda tüüpi rootori torud on paigaldatud vertikaalselt. Pöörlemisprotsessi ajal liiguvad tsentrifugaaljõu mõjul töödeldud materjaliga anumad horisontaalasendisse. Need disaini- ja tööomadused võimaldavad vähendada konvektsiooninähtusi, mistõttu on seda tüüpi rootorid optimaalsed erineva settimiskiirusega osakeste eraldamiseks. Sektortorude kasutamine võimaldab täiendavalt vähendada keerise- ja konvektsiooninähtuste mõju.

Rootori tüüp määrab seadmete kasutusala. Rootori vahetamise võimalus võimaldab erinevate probleemide lahendamiseks kasutada sama tsentrifuugimudelit. Centurioni labori meditsiinilised tsentrifuugid on saadaval põranda- või lauaversioonina, mis võimaldab seadmeid kasutada igas ruumis, olenemata vabast ruumist.

Loeng nr 5

Vedelate heterogeensete segude eraldamine toimub tõhusalt tsentrifuugimise meetodil, mis põhineb tsentrifugaaljõu kasutamisel. Seadmeid, milles vedelad heterogeensed segud eraldatakse tsentrifugaaljõu mõjul, nimetatakse tsentrifuugideks.

Tsentrifuugimismeetodit kasutatakse laialdaselt erinevates tehnoloogiavaldkondades; Tsentrifuugide tüüpide ja konstruktsioonide arv on väga suur.

Tsentrifuugi põhiosa moodustab trummel (rootor tahkete või perforeeritud seintega), mis pöörleb suurel kiirusel vertikaalsel või horisontaalsel võllil. Heterogeensete segude eraldamine tsentrifuugides võib toimuda kas settimise või filtreerimise põhimõttel. Esimesel juhul kasutatakse tahkete seintega trumleid, teisel - aukudega; aukudega trumlid on kaetud filtriga. Kui trumli seinad on tahked, siis on materjal tsentrifugaaljõu mõjul paigutatud kihtidena vastavalt selle erikaalule ja otse trumli seinte kõrval paikneb suure erikaaluga materjalikiht. . Kui trumli seintel on augud ja need on sisepinnal varustatud filtrivaheseinaga, näiteks filtrikangaga, siis jäävad segu tahked osakesed filtri vaheseinale ja vedelfaas läbib tahke aine poore. sete ja filtri vahesein ning eemaldatakse trumlist. Tsentrifuugis eraldatud vedelat faasi nimetatakse tsentreerima.

Tsentrifugaaljõud; eraldustegur. Tsentrifuugitrumli ja selles oleva vedeliku pöörlemisel tekib tsentrifugaaljõud inertsiaaljõuna.

С=m W 2 / r (1)

m-pöörleva keha (vedeliku) kaal sisse kgf;

r - pöörderaadius sisse m

W - perifeerne pöörlemiskiirus in m/s;

Perifeerne pöörlemiskiirus on määratletud järgmiselt:

W = ω r = 2 π n r/60 (2)

n- pöörete arv minutis;

ω-pöörde nurkkiirus radiaanides

g-raskuskiirendus sisse m/s 2, kui m=G/g, siis tsentrifugaaljõud KOOS, mõjuvad pöörlevale kehale massiga m ja kaaluga G, on võrdne C= G(2π n r/60) 2 /rg või C ≈ G n 2 r/900 (3)

Võrrand (2.3) näitab, et tsentrifugaaljõu suurendamine on kergemini saavutatav pöörete arvu suurendamisega kui trumli läbimõõdu suurendamisega. Suure pöörete arvuga väikese läbimõõduga trumlid võivad arendada suuremat tsentrifugaaljõudu kui väikese pöörete arvuga suure läbimõõduga trumlid.

Seega võib osakesele mõjuv tsentrifugaaljõud olla gravitatsioonijõust suurem nii mitu korda, kui tsentrifugaaljõu kiirendus on suurem raskuskiirendusest. Nende kiirenduste suhet nimetatakse eraldustegur ja tähistage Kr:

W 2 / r – tsentrifugaaljõu kiirendus.

Võttes G=1n, saame: Kr=n 2 r /900

Näiteks tsentrifuugi puhul, mille rootor läbimõõduga 1000 mm (r=0,5 m) pöörleb kiirusel n=1200 p/min, on eraldustegur 800. Tsentrifuugi eraldav toime suureneb võrdeliselt väärtusega Kp.

K väärtus tsüklonite puhul on suurusjärgus sada. Ja tsentrifuugide puhul - umbes 3000, seega on tsüklonites ja tsentrifuugides settimisprotsessi liikumapanev jõud 2-3 suurusjärku suurem kui settimismahutites. Tänu sellele on tsüklonite ja tsentrifuugide tootlikkus kõrgem settimispaakide tootlikkusest ning neis saab tõhusalt eraldada väikseid osakesi: umbes 1 mikroni suurustes tsentrifuugides. Tsüklonites - umbes 10 mikronit.

Võrreldes võrrandeid on selge, et eraldustegur K p on arvuliselt võrdne tsentrifugaaljõuga, mis tekib 1 kg kaaluva keha pöörlemisel.

Tsentrifuugimisprotsesside omadused . Nagu eespool mainitud, võib tsentrifuugimist läbi viia settimise põhimõttel (tahketes trumlites) või filtreerimise põhimõttel (perforeeritud trumlites). Oma füüsilise olemuse poolest erinevad mõlemad protsessid üksteisest. Lisaks on igal neist protsessidest eraldi sordid, mille määravad tahke faasi sisaldus ja selle dispersiooniaste, samuti suspensiooni füüsikalised omadused.

Tsentrifuugimine settimistrumlites toimub nii vedelike puhastamiseks väikestes kogustes sisalduvatest saasteainetest (vedeliku selitamine) kui ka märkimisväärses koguses tahket faasi sisaldavate suspensioonide eraldamiseks (settimistsentrifuugimine).

Tsentrifuugimine setitetrumlites koosneb üldjuhul kahest füüsikalisest protsessist: tahke faasi settimisest (protsess järgib hüdrodünaamika seadusi) ja sette tihendamisest; Viimasele protsessile kehtivad pinnase mehaanika (hajutatud keskkonna) põhiseadused.

Kuni tahke faasi teatud kontsentratsioonipiirini (umbes 3-4 mahuprotsenti) toimub selle ladestumine settimistrumlisse ilma tahke aine ja vedeliku vahelise liidese moodustumiseta. Kontsentratsiooni suurenemisel tekib selline pind vedelikus olevate tahkete osakeste suurenemise ja settimise tõttu.

Tsentrifuugimisprotsess settimistrumlites erineb põhimõtteliselt settimispaakide eraldamisprotsessist. Viimases võib sadestumise kiirust pidada praktiliselt konstantseks, kuna protsess toimub gravitatsiooniväljas, mille kiirendus ei sõltu langeva osakese koordinaatidest.

Tsentrifugaaljõudude välja kiirendus on muutuv suurus ja sõltub konstantse nurkkiiruse korral osakese pöörlemisraadiusest. Lisaks ei ole tsentrifugaalvälja jõujooned üksteisega paralleelsed ja seetõttu on tsentrifugaaljõudude toimesuund erinevate osakeste puhul erinev (ei asu samal pöörlemisraadiul).

Seetõttu ei saa settimisprotsesside seadusi laiendada settimistrumlite tsentrifuugimisprotsessile.

Settimistsentrifuugide eraldusvõimet iseloomustab jõudlusindeks (sigma) Σ, mis on rootori silindrilise settimispinna F pindala ja eraldusteguri Kp korrutis.

Σ=F Kr (1), Kr= W2/rg ≈n2 r/900, millest Σ /F=Kr (2)

Arvestades, et eraldustegur väljendab settimistsentrifuugis ja settimispaagis olevate osakeste settimiskiiruste suhet, tuleks vastavalt võrdsusele (2) lugeda Σ väärtus võrdseks settimismahuti pindalaga, mis on samaväärne antud suspensiooni jõudlust kõnealusele tsentrifuugile. Toimivusindeks peegeldab kõigi sademetetsentrifuugi konstruktsiooniomaduste mõju, mis määravad selle eraldusvõime.

Partii settimistsentrifuugide tootlikkuse määramisel tuleb arvestada tsentrifuugi käivitamisele, pidurdamisele ja mahalaadimisele kuluvat aega Filtrtsentrifuugi tootlikkuse määramine on sama keeruline kui mistahes filtri tootlikkuse määramine.

Veelgi keerulisem on tsentrifuugimise protsess filtritrumlid. Protsess toimub kolmes etapis:

setete moodustumine, setete tihenemine ja lõpuks kapillaar- ja molekulaarjõudude poolt kinnipeetud vedeliku eemaldamine sette pooridest.

Selle tulemusena ei saa kogu tsentrifugaalfiltratsiooni protsessi identifitseerida tavapärase filtreerimisega, mis toimub gravitatsiooni mõjul. Ainult selle esimene periood on põhimõtteliselt lähedane tavapärasele filtreerimisele ja erineb sellest ainult tsentrifugaaljõudude mõjul läbi settekihi voolava vedeliku hüdraulilise rõhu suuruse poolest. Sel perioodil on settes olev niiskus vabas vormis ja eemaldatakse sellest kõige intensiivsemalt. Teine periood on sarnane settimistsentrifuugimise vastava perioodiga ja lõpuks, kolmandat iseloomustab õhu tungimine tihendatud settesse, st sette mehaaniline kuivatamine.

Ülaltoodud perioodide kestus sõltub suspensioonide füüsikalistest omadustest ja kontsentratsioonist, samuti tsentrifuugi omadustest.

Tsentrifuugimisprotsesside keerukus ja mitmekesisus muudab protsessi teooria (eriti selle kineetika) ja täpsete tsentrifuugi arvutamise meetodite väljatöötamise keeruliseks.

Tsentrifuugi jõudlus. Tavaliselt väljendatakse tsentrifuugide tootlikkust ajaühikus tsentrifuugi siseneva suspensiooni mahuga (l/tund), või pärast tsentrifuugimist saadud sette kaal (kg/tunnis).